煤化工低溫甲醇洗VOC處理采用蓄熱式焚燒爐工藝分析

近期參與了幾個煤化工項目的環評，其中低溫甲醇洗的VOC治理日益受到關注。目前的幾個項目環評中都采用的是蓄熱式熱力氧化爐即RTO。目前在石油化工、半導體、化學制藥、噴漆、油漆和涂料生產化學品制造行業已得到廣泛應用。在煤化工行業由于尚無運行所以也沒有成功案例。所以本文試從幾個方面對RTO存在的問題和缺陷進行分析，供大家參考。

蓄熱式熱力氧化爐（Regenerative Thermal Oxidizer）簡稱RTO，是一種高效的有機廢氣處理設備，其工作原理為采用陶瓷蓄熱氧化技術，將揮發性有機化合物（以下簡稱VOC氣體）經過蓄熱室吸熱升溫后，進入燃燒室高溫氧化焚燒，VOC氣體在含氧環境下，達到自燃點后氧化成二氧化碳和水，再經過另一側蓄熱室將熱量交換給蓄熱陶瓷，經過高溫氧化處理后的潔凈氣體低溫排放，蓄存的熱量用于預熱新進入的VOC氣體，經過周期性地改變氣流方向從而保持爐膛溫度的穩定，與傳統的催化燃燒、直燃式熱氧化爐相比，RTO具有熱回收率高和VOC氣體去除率高的特點，是適合煤化工低溫甲醇洗大風量、低濃度的特點。

圖1、兩室RTO 余熱回收簡易流程

煤化工企業產生的有機廢氣主要來自于低溫甲醇洗裝置排放的二氧化碳尾氣，這些尾氣甲烷濃度較高，燃燒熱值高，非甲烷總烴質量流率大；有機物成分含：氫氣、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、硫化氫、甲硫醇、羥基硫、硫化碳如果直接排放，不僅對環境產生污染，更是對能源的浪費；一般情況下VOC濃度達到3% –4% LEL時，RTO氧化爐運行基本無需補入天然氣；因此低溫甲醇洗有機廢氣通過RTO處理后，可將RTO燃燒室高溫煙氣進行余熱回收， 一般使用余熱蒸汽鍋爐。

低溫甲醇洗裝置排放廢氣惰性氣體體積比含量大，氧氣含量低，有機物濃度高，為了滿足RTO使用條件，根據有機物濃度使用空氣比例稀釋，同時利用空氣中的氧氣給有機物提供氧化劑，再由風機送入RTO蓄熱室預熱、氧化；通過閥門切換再經過另一床層蓄熱室熱量交換后，由于RTO自身熱回收效率高達95%以上，當有機廢氣濃度高時，可通過RTO氧化室高溫熱旁通引出高溫煙氣（900多℃）導入余熱鍋爐（通常使用蒸汽鍋爐），實現RTO自身的熱量平衡，既能避免氧化室出現高溫跳機，又能實現多余熱量回收利用功能。RTO熱能回收不僅解決了低溫甲醇洗裝置排放廢氣環境污染的問題，而且通過蒸汽回收給企業增加收益，減少了能源的消耗。

但RTO作為一種新設備，國內環保公司無相關的制造標準，在實際使用過程中，極易發生安全事故。從浙江**石化經濟技術開發區管委會調查部分企業的RTO使用基本情況來看：

從企業情況調查來看，RTO處理高濃度有機廢氣，廢氣量和VOC氣體濃度不穩定，RTO運行中的安全風險較大，RTO是明火設備，一般情況下不會發生火災、爆炸事故，但化工行業的特點覺得了有機廢氣濃度的不穩定，為有效防范RTO安全事故，安全的規范的設計顯得尤為重要。使用時要采取Anjule-GRTO更嚴格的安全措施。

（1）嚴格控制RTO進口有機物的濃度，使其控制在一個安全的水平，這是預防爆炸的一個最根本的措施。RTO本身就是個點火源，如果進口濃度已經超過爆炸下限，即使前面用了防爆風機、管道采用了防靜電都無濟于事。由于有機物的爆炸下限隨著氣體溫度的提高會大幅降低，同時由于煤化工企業有機廢氣的突發性排放，入口濃度必須遠低于爆炸下限。

（2）在RTO的廢氣管線上設置2個以上可燃氣體監測儀，并實行有機廢氣在線監測，并將監測儀與RTO入口閥門&緊急旁通閥門連鎖，任意一個監測儀報警，將達到爆炸極限的廢氣通過緊急處理裝置旁通，避免這部分廢氣進入RTO燃燒室后發生爆炸。

（3）在RTO入口有機廢氣設置噴淋洗滌塔，對固體顆粒物進行預處理，廢氣預處理不徹底，廢氣中的可燃粉塵有機物固體顆粒等在RTO的蓄熱室陶瓷層中集聚可能引發火災事故，通過洗滌塔同時可以去除有機廢氣中含有的酸性腐蝕性物質，減少氣體對RTO爐體、閥門等設備腐蝕；洗滌塔可以起到高濃度有機廢氣稀釋混合時紊流緩沖的左右，避免有機廢氣局部區域出現混合不均勻而出現閃爆。

（4）在RTO廢氣進氣口安裝機械阻火器，一般情況下爐內的高溫廢氣不會回流到廢氣收集管內，如若RTO爐的正壓波動較大，而此時廢氣收集管又未安裝阻火裝置，則可能導致高溫廢氣回流至RTO出口管道內，引起廢氣管道爆炸等安全事故。RTO爐體安裝泄爆門或者泄爆口，降低RTO爆炸時所產生的損失。

    同時，根據國家環保部公告2013年第31號《揮發性有機物（VOCs）污染防治技術政策》第（七）條“在煤炭加工與轉化行業，，，重點識別、排查工藝裝置和管線組件中VOCs泄露的易發為止，制定預防VOCs泄露和處置緊急事件的措施”和第二十七條“當采用熱力焚燒等方法進行末端治理時，應編制本單位事故火災、爆炸等應急救援預案”。所以，Anjule-GRTO的渦流應急塔能較好的符合環保部的應急措施，有效的避免了火災事故發生，同時，在RTO爐發生事故、檢修的時候，可以啟動CHO91渦流應急塔，確保了企業的正常生產。

作者鄭承煜，中國煤化工VOCs治理技術中心主任、上海市環保產業研究院大氣污染防治研究所所長